三维风速计核心工作原理

核心工作原理

1. 超声式三维风速计

   这是目前工业和科研领域zui常用的类型。其核心原理是利用超声波在气流中传播的速度差计算风速：

• 传感器内置多对（通常 3 对及以上）超声波发射 / 接收探头，分别对应 X、Y、Z 三个正交方向。

• 发射探头发出固定频率的超声波，接收探头测量传播时间；顺流时传播时间短，逆流时传播时间长。

• 通过计算不同方向的传播时间差，结合探头间距，即可解算出三个方向的风速分量，再通过矢量合成得到三维风速的大小和方向。

• 优点：无机械转动部件、响应速度快（毫秒级）、测量范围宽、抗干扰能力强；缺点：受温度、湿度影响，需实时补偿。

2. 热线 / 热膜式三维风速计

   基于热耗散原理工作，多用于实验室流场精细测量：

• 传感器核心是一根加热的金属丝（热线）或金属膜（热膜），置于气流中时，气流会带走热量，导致热线温度下降。

• 三维探头集成三组相互正交的热线 / 热膜，分别对应三个方向；通过检测不同方向热线的热耗散速率，换算出对应风速分量。

• 优点：空间分辨率ji高（可测量微米级流场）、响应速度极快；缺点：易受污染、量程较小，适合洁净环境的科研测量。

3. 机械旋翼式三维风速计

   传统机械风速计的升级款，通过多个旋翼组合测量三维风速：

• 通常由 3 个正交安装的旋翼传感器组成，每个旋翼对应一个方向的风速测量。

• 旋翼转速与对应方向风速成正比，通过编码器采集转速，换算为风速分量。

• 优点：结构简单、成本低、耐恶劣环境；缺点：响应慢、机械磨损大，精度较低，适用于对精度要求不高的户外场景。